Pochvovedenie_Kovda_chast1

Т а б л и ц а 51. Влияние содержания гумуса на плодородие дерново-подзолистой почвы (Т. Н. Кулаковская, 1966)

Так как в процессе земледельческого использования почвы ее гумус постоянно минерализуется, то для сохранения, поддержа­ ния и повышения плодородия почвы необходимо постоянное возмещение его потерь. Следует, однако, отметить, что у почв, богатых гумусом, тесной коррелятивной связи между содержа­ нием гумуса и урожаями культур не наблюдается. Большая часть гумуса таких почв оказывает на эффективное плодородие почвы косвенное положительное влияние — через улучшение структурного состояния почвы и ее водно-физических свойств. В этих процессах весьма важную роль играет качественный состав гумуса, в частности содержание в нем гуматов кальция. Как показывают исследования, рост и урожай культурных растений тесно связаны с поступлением в почву свежего органи­ ческого вещества растительных остатков и органических удобре­ ний и образованием подвижных, постоянно обновляющихся фракций гумуса, которые являются ближайшим источником азота для растений. Минерализация свежего органического вещества и гумуса непрерывно пополняет содержание углекис­ лоты, необходимой для фотосинтеза

Культурные растения очень требовательны и к водному режиму почвы. По сравнению с природными растениями они в процессе роста потребляют много воды, но они мало приспо­ соблены к необходимости регулирования испарения и транспирации воды при ее дефиците. Чтобы обеспечить большую потреб­ ность культурных растений в воде, почва должна легко впиты­ вать и удерживать атмосферные осадки, сохраняя при этом условия хорошей аэрации, т е. должна иметь мощный хорошо оструктуренный пахотный корнеобитаемый слой. Особые условия водного режима требует рис, который растет при затоплении водой.

Культурные растения выращивают на почвах с разной погло­ тительной способностью и с разным составом обменных катионов и, как следствие, имеющих разную реакцию и буферность. За небольшим исключением, культурные растения в отличие от ряда природных совсем не растут или дают очень низкие урожаи

258

на почвах кислых или щелочных. Многие из них требуют слабо­ кислой или нейтральной реакции, а также почв с высокой буферностью, поскольку при внесении больших доз минеральных удоб­ рений реакция почвенных растворов малобуферных почв может смещаться в кислую или щелочную сторону, угнетая растения. Среди почв, используемых под сельскохозяйственные культуры, много кислых, не насыщенных основаниями, а потому мало­ плодородных. Их низкое плодородие связано с непосредственным неблагоприятным влиянием кислой реакции на физиологические процессы в растениях, а также с сильной токсичностью обменно­ го алюминия и отдельных токсичных микроорганизмов в случае рН меньше 4,5. Из табл. 52 видно, что при снижении насыщен­ ности основаниями почвы и увеличении ее кислотности урожай ячменя резко снижается и что между сравниваемыми вели­ чинами существует тесная коррелятивная связь.

Т а б л и ц а 52. Влияние кислотности подзолистой почвы и насыщенности ее основаниями на урожай ячменя

Для культурных растений, потребляющих много элементов питания в легкодоступной форме, и для предохранения веществ от вымывания нужны почвы с высокой емкостью поглощения. Наиболее благоприятными для них являются почвы, насыщенные кальцием (черноземы, дерново-карбонатные, луговые).

Большие требования культурные растения предъявляют к тепловому режиму почв. Они произрастают в интервале темпе­ ратур гораздо более узких, чем многие природные растения, отдельные представители которых могут переносить очень низкие или, наоборот, очень высокие температуры. С температурой поч­ вы связаны оптимальные сроки посева и тем самым урожаи культур.

Учитывая перечисленные общие требования к почве под куль­ турными растениями, можно сказать, что плодородная в отноше­ нии культурных полевых растений культурная почва должна об­ ладать мощным, богатым гумусом, структурным и биологически активным пахотным корнеобитаемым слоем с большим запасом

питательных элементов, емким, насыщенным кальцием погло­ щающим комплексом и благоприятными водно-воздушным, теп­ ловым и пищевым режимами. Преобразование природных почв в культурные, свойства и режимы которых отвечают требованиям к ним культурных растений, называют процессом окультуривания почвы, а совокупность почвенных процессов, формирующих эти свойства и режимы под влиянием антропогенных воздействий на почву, — культурным процессом почвообразования. Соответ­ ственно под окультуренностью почвы понимают степень адекват­ ности свойств и режимов почвы требованиям к ним культурных растений. В зависимости от того, насколько полно свойства и режимы пахотной почвы отвечают требованиям культурных рас­ тений, различают почвы слабо-, средне-, и хорошо, или сильноокультуренные.

15.7.Оценка плодородия почв

Вприродных биогеоценозах при максимально возможной густоте стояния растений, их ярусности и продолжительности роста в течение всего теплого периода года нередко при смене одних видов другими с разными сроками и периодами вегетации плодородие почвы используется растениями максимально полно и

онем судят по биомассе или ее приросту для растений всего фитоценоза, которые, однако, определяются всем комплексом факторов жизни растений в биогеоценозе, что необходимо учи­ тывать во всех оценках.

Эффективное плодородие пахотных почв оценивается с раз­ ных сторон. При проведении земельного кадастра дают оценку земель по их продуктивности в отношении сельскохозяйственных растений, о которой судят по данным урожайности. Так как уро­ жаи культур зависят не только от плодородия почвы, но и от многих других причин — качества семян, технологии их возделы­ вания, погодных условий и т. д., то они, вообще говоря, не могут служить единственной мерой плодородия почвы.

Как уже отмечалось, плодородие почвы растет вместе с про­ грессом науки и техники и носит относительный характер. По­ этому оно не может быть выражено какой-либо одной стабиль­ ной величиной. Рассматривая окультуренность почвы как степень соответствия свойств и режимов почвы требованиям к ним куль­ турных растений, можно принять, что параметры свойств почв

разной степени окультуренности одновременно являются мерой уровня плодородия почвы на данной ступени развития науки и техники. В этой связи стоит задача определения конкретных параметров свойств почв разной степени окультуренности на двух уровнях: по отношению к общим для всех культурных рас­ тений требованиям к почве, рассмотренным выше, а затем по от­ ношению к требованиям тех их видов, которые предъявляют к почве свои особые требования (зерновые культуры, рис, техни­ ческие культуры, виноград и т. д.).

260

Параметры свойств почв разной степени окультуренности и их диагностические признаки определяются отдельно для каждо­ го типа почв и их разновидностей по гранулометрическому составу (легких и тяжелых), поскольку они значительно разли­ чаются по свойствам. Если, например, реакция почвы для почв подзолистого типа является одной из очень важных характе­ ристик степени ее окультуренности и плодородия, то для почв, насыщенных основаниями, она не имеет такого большого зна­ чения.

Хотя плодородие почв определяется всей совокупностью их свойств, в качестве диагностических показателей степени окуль­ туренности используют основные, интегральные свойства почвы, с которыми соподчиненно связаны все остальные. О гумусовом состоянии почв, например, судят по содержанию и запасу гумуса и отношению СГК:СФК, о структурности и порозности — по плот­ ности почвы и т. д. Для установления параметров диагности­ ческих признаков почв разной степени окультуренности требу­ ется большой фактический материал, накоплением которого за­ няты многие научные учреждения. Установлены параметры диагностических показателей для слабоокультуренных (освоен­ ных), окультуренных и сильноокультуренных дерново-подзо­ листых почв и для слабоокультуренных (освоенных) и окуль­ туренных светло-серых и серых лесных почв (табл. 53).

Для разделения почв по уровню плодородия (окультурен­ ности) предлагаются, кроме того, показатели отдельных поч­ венных свойств или обращенные показатели свойств, которые коррелируют с урожаями культур. Например, черноземы низкого,

261

среднего и высокого уровня плодородия выделяют по нитрификационной способности почвы, которая коррелирует с урожаями ячменя. Низкий, средний, выше среднего и высокий уровень пло­ дородия супесчаной подзолистой почвы выделяют по комплексно­ му агрохимическому баллу, в котором учитываются показатели кислотности почвы, содержания в ней гумуса и подвижных соеди­ нений азота, фосфора и калия (Т. Н. Кулаковская и др., 1980).

Параметры свойств почв разной степени окультуренности — разного уровня плодородия — используются для построения мо­ делей почвенного плодородия и при программировании урожаев, поэтому определение их имеет большое практическое значение.

15.8. Изменение плодородия почв в процессе их земледельческого использования

После освоения природной почвы под культуру сельскохо­ зяйственных растений ее плодородие изменяется в зависимости от интенсивности мероприятий по окультуриванию почвы. На первой, начальной стадии окультуривания целинной почвы культурный процесс почвообразования выражен слабо и может затрагивать не все почвенные процессы и свойства, совокупность которых определяет плодородие почвы. В этот период в почве преобладает еще не культурный, а природный процесс почво­ образования, который в основном определяет свойства и плодо­ родие вновь освоенной почвы. Такие почвы относятся к типу почв природного почвообразования, но выделяются как слабоокультуренные (освоенные). Дальнейшее развитие почвы зависит от того, как ее используют, и ее эволюция может идти в противо­ положных направлениях: в сторону развития культурного про­ цесса почвообразования и повышения плодородия почвы или, наоборот, в сторону деградации почвы и снижения ее плодоро­ дия.

На почву при возделывании культурных растений, не считая коренных мелиорации, всегда воздействуют три основных и не­ пременных фактора — механическая обработка почвы, удобрения и сами культурные растения. Они создают возможно более бла­ гоприятный водно-воздушный и пищевой режимы на период рос­ та растений. Вместе с этим каждый из этих факторов оказывает на почву и негативное влияние. Механическая обработка спо­ собствует разрушению структуры и минерализации гумуса, с уро­ жаями из почвы выносятся элементы питания, внесение кислых минеральных удобрений может усилить токсикоз почвы и т. п.

В условиях культурного земледелия, когда учитываются и предупреждаются все негативные стороны воздействия на почву указанных факторов — возмещаются вынос элементов питания и потери гумуса, принимаются меры по оструктуриванию почв, проводится известкование кислых почв и другие мероприятия по окультуриванию почвы, — стадия слабой окультуренности вновь

262

освоенных почв может быть очень кратковременной, а эффектив­ ное плодородие почвы прогрессивно повышается.

В условиях экстенсивного земледелия имеют место случаи, когда почва используется для получения урожаев без соблюде­ ния всех мер по предупреждению и устранению воздействия отрицательных сторон технологии возделывания культур на свой­ ства почвы; стадия слабой окультуренности и низкого уровня плодородия почвы может надолго затянуться во времени и при­ вести к деградации почвы и ее плодородия. У таких деградиро­ ванных («выпаханных») почв все благоприятные для культур­ ных растений свойства почвы, сформированные природными факторами почвообразования, становятся хуже, чем они были до освоения целинной почвы.

После освоения целинной почвы ее структура, созданная в те­ чение очень длительного времени формирования природной поч­ вы при большом участии почвенной фауны, постепенно разру­ шается и вместе с тем в пахотном слое происходит образование новой, комковатой структуры, свойственной хорошо окультурен­ ным почвам.

В разрушении и образовании структурных агрегатов большую роль играют механическая обработка почвы и процессы минера­ лизации органического вещества, скрепляющего агрегаты. Силь­ но разрушает структуру обработка сухой почвы — во время лет­ него лущения стерни сразу после уборки урожая, при подготовке почвы под посев озимых, при летней обработке черных паров

идр. Однако если обрабатывают «спелую» почву после дождей или весной при влажности, соответствующей «оптимальной влажности структурообразования» (около 60% НВ), то механи­ ческая обработка почвы не разрушает, а, наоборот, образует структурные агрегаты путем крошения глыб и агрегирования пылеватых частиц. Их прочность невелика, но она нарастает при подсыхании почвы и развитии корней растений. У распыленных

иприродно малоструктурных почв структура, образованная в результате механической обработки оптимально влажной почвы,

является основным фактором создания благоприятного для

Т а б л и ц а 54. Влияние числа проходов трактора (МТЗ-50) на плотность почвы и урожай растений

(П. И. Крогере и др., 1969)

263

культурных растений сложения пахотного слоя на весь период их вегетации.

В условиях осенне-зимнего переувлажнения почвы ее струк­ тура разрушается механически при расширении объема замер­ зающей воды в порах почвы. Очень сильное разрушение структу­ ры и уплотнение почвы происходит под влиянием давления на почву сельскохозяйственных машин, орудий и тракторов, в ре­ зультате чего снижается и урожай растений (табл. 54).

Разрушение структуры приводит к усилению водной эрозии, тем более, что на пахотных угодьях при возделывании однолет­ них (особенно пропашных) культур почвы длительное время на­ ходятся без растительного покрова. В результате смыва почвы ее плодородие, как и при сильном уплотнении, значительно сни­ жается (табл. 55).

В образовании структурных агрегатов и придании им проч­ ности и пористости большое значение имеют гумусовые вещества, особенно гуматы кальция, мицелий микроскопических грибов и бактериальные слизи. Исключительно важную роль в образова­ нии структуры играют растения, особенно многолетние травы. Их корни расчленяют уплотняющуюся почву на агрегаты и скрепляют их сетью мелких корешков, продуктами гумификации прижизненного корнепада и органических корневых выделений. На фоне удобрений при хорошем росте растений и увеличении численности микроорганизмов их оструктуривающая роль увели­ чивается (табл. 56).

Чем большее время почва находится под покровом возделы­ ваемых растений, особенно трав, тем лучше ее структура и выше

еепротивоэрозионная стойкость.

Вусловиях достаточного увлажнения и на поливных землях структура пахотных почв может быть улучшена органическими удобрениями и химическими препаратами — структорами.

Впервые годы освоения целины усиленно минерализуется органический детрит, накопленный за длительный период форми­ рования природной почвы, а затем, в процессе земледельческого

264

ееиспользования, минерализуется и часть специфических гуму­ совых веществ. Скорость их минерализации зависит от клима­ тических условий и системы обработки почвы, которая в значи­ тельной мере определяет водно-воздушный и тепловой режимы

еепахотного слоя. Нжеюдно в зависимости от условий минера­ лизуется от 1—2 до 3 т/га гумуса, что приводит к ухудшению свойств почвы и снижению ее плодородия. Для поддержания положительного гумусового баланса и улучшения гумусового состояния почвы его потери должны постоянно возмещаться вне­ сением органических удобрений и за счет увеличения поступле­

ния в почву растительных остатков, путем посева сидеральных и промежуточных культур.

Еще при жизни растений в процессе их роста в почву поступает много органического вещества прижизненного корнепада и корне­ вых выделений, а также микробной массы постоянно отмирающих популяций ризосферных микроорганизмов. Поэтому под покровом живых растений наблюдается образование подвижных гумусовых веществ. Многолетние травы, сидеральные и промежуточные культуры не только дают много растительных остатков, поступаю­ щих в почву после их уборки, но и обогащают почву органическим веществом в процессе роста.

С урожаями культурных растений из почвы выносится много элементов питания и тем больше, чем выше урожай. Кроме того, большое количество элементов питания теряется в результате вымывания осадками, выделения летучих форм азота в атмосфе­ ру, за счет эрозии почвы. Истощение запаса элементов мине­ рального питания растений, особенно в формах соединений, которые могут служить в качестве ближних резервов элементов питания, приводит к снижению плодородия почвы. Для поддер­ жания уровня плодородия почвы и его повышения отчуждение элементов питания с урожаями необходимо возмещать удобре­ ниями. Следует при этом подчеркнуть, что увеличение потреб­ ления элементов питания растущими урожаями, при условии возмещения их выноса удобрениями, нужно рассматривать как фактор постоянного повышения плодородия почвы. С ростом урожаев в биологический круговорот вовлекается все больше

265

зольных элементов из нижних горизонтов почвы, углерода и азота атмосферы в процессе несимбиотической, а под бобовыми растениями и симбиотической азотфиксации. В этом отношении посев промежуточных культур и получение в год двух урожаев на одном поле является одним из приемов расширенного воспро­ изводства плодородия почвы.

Кроме истощения запасов элементов питания растений, дегра­ дация пахотных почв и их плодородия бывают связаны с непра­ вильным, часто односторонним использованием минеральных удобрений. Длительное систематическое применение неусредненных кислых минеральных удобрений даже на почвах, насыщен­ ных основаниями, таких, как чернозем, подкисляет почву, при­ водит к замене обменного кальция на водородный ион, умень­ шает емкость поглощения и отрицательно сказывается на биоло­ гических свойствах почвы и ее структуре. На слабоокультуренных подзолистых почвах сильное ухудшение их свойств наблю­ дается уже в первые годы после внесения средних доз кислых минеральных удобрений. В результате этого прибавки урожаев от удобрений с каждым годом уменьшаются и со временем урожаи культур по фону удобрений становятся ниже, чем на контроле без удобрений. Известны случаи на легких малобуфер­ ных почвах, где применение кислых форм минеральных удобре­ ний в течение 10 лет привело к полному выпадению посевов и образованию «мертвых» пятен. Обязательное внесение извести является средством предупреждения этой антропогенной кислот­ ности. На известкованной и хорошо окультуренной почве отри­ цательное действие минеральных удобрений не проявляется и они повышают урожай культур. Их эффективность повышается при совместном внесении с органическими удобрениями.

Деградация и снижение плодородия слабоокультуренных почв часто связаны с развитием биогенной токсичности почвы, т. е. при монокультуре накоплением в ней веществ, токсичных для культурных растений. Накапливаются в почвах также минераль­ ные токсичные подвижные соединения марганца и оксида желе­ за (II) (в кислых почвах), сероводород и метан в переувлажнен­ ных, богатых органическим веществом почвах, токсичные соли при неправильном режиме орошения.

В почвах слабоокультуренных и кислых, особенно при внесе­ нии кислых минеральных удобрений, увеличивается численность и активность токсичных бактерий и грибов, которые резко отри­ цательно влияют на всхожесть семян, рост и урожай культурных растений. Усиливается при этом и токсическое влияние соеди­ нений ртути, цинка, хрома индустриального происхождения.

Каждая культура оставляет после себя почву с измененными ею свойствами. Эти изменения могут быть незначительными, но культуры последующих посевов на них очень чутко реагируют и даже при благоприятных условиях возделывания могут сни­ жать урожай. Потерю или сильное снижение плодородия почвы при повторном или с небольшим перерывом выращивании неко-

266

торых культур называют почвоутомлением. К таким почвоутомляющим культурам относятся лен, клевер, люцерна, сахарная свекла. Есть культуры самосовместимые, например рожь, куку­ руза, фасоль, которые можно выращивать на одном поле в тече­ ние нескольких лет без снижения урожаев.

Причины почвоутомления могут быть разные — односторон­ ний вынос и недостаток элементов питания, в том числе отдель­ ных микроэлементов, сопутствующая сорная растительность и др. Но главные из них — это развитие фотопатогенной микрофлоры, микроорганизмов, выделяющих токсические вещества, а также токсины (колины), выделяемые самими растениями. Они дейст­ вуют на растения непосредственно (непосредственная аллелопатия) или косвенно (косвенная аллелопатия), стимулируя развитие токсичных микроорганизмов. Корни льна, например, выделяют в почву токсичные ароматические вещества, корни лю­ церны — алкалоиды, которые являются, в частности, причиной снижения урожаев хлопчатника первого года по пласту 4-летней люцерны.

Основными мерами борьбы с токсикозом почвы и с почвоутом­ лением являются обязательный плодосменный севооборот, из­ весткование кислых почв и внесение органических удобрений, в том числе зеленых, которые оказывают большое влияние на стимулирование полезных и подавление токсичных микроорганиз­ мов в почве.

Таким образом, приемы возделывания культурных растений наряду с созданием благоприятных условий для роста растений и урожая могут усиливать процессы, которые приводят к ухудше­ нию свойств почвы, снижению ее плодородия и застою урожаев (при монокультуре).

В условиях интенсивного земледелия, где учитываются и пре­ дупреждаются негативные стороны влияния технологии возделы­ вания культур на почву и осуществляется весь комплекс меро­ приятий по окультуриванию почвы, в ней развивается культур­ ный процесс почвообразования, а свойства почвы улучшаются и повышается ее плодородие.

Свойства почв разных природных зон различны и, соответ­ ственно, различны системы мер по их окультуриванию. Кроме общих для всех почв мероприятий по созданию мощного струк­ турного пахотного слоя и возмещению потерь гумуса и элементов питания, в системе мер по окультуриванию подзолистых и серых лесных почв важное значение имеют известкование, постепенное уничтожение подзолистого горизонта, борьба с сезонным пере­ увлажнением почвы; для черноземов — мероприятия по сохра­ нению запасов гумуса и накоплению влаги; для солонцеватых почв сухих степей, кроме того, — замена обменного натрия на кальций.

В процессе интенсивного окультуривания почв изменяется отчасти и значение природных факторов почвообразования. Например, снегозадержание, регулирование стока воды при-

267